(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流と燃料流とが互いに混合されて燃料空気混合物を形成する混合領域（２）と、燃料空気混合物の流れ方向で混合領域（２）の下流側に配置された燃焼器（１）とを備えていて、燃焼器（１）内で燃料空気混合物が点火される形式の内燃機関を運転するためのバーナのために、音波の振動増幅を削減するためのダンピング装置において、バーナ内で形成された音波がヘルムホルツ共鳴器（４）内で抑制され、バーナ内へ逆反射されないように、ヘルムホルツ共鳴器（４）が直接的にバーナの混合領域（２）に結合されており、バーナが円錐形に形成された混合領域（２）を備えており、混合領域がその大きい方の直径のところで燃焼器（１）に接続されており、かつその尖端部でホルムヘルツ共鳴器（４）に取付けられていることを特徴とするバーナのための音波の振動増幅をダンピングするためのダンピング装置。
【請求項２】
ヘルムホルツ共鳴器（４）が燃料空気混合物の流れ方向で混合領域（２）の手前に配置されている請求項１記載のダンピング装置。
【請求項３】
ヘルムホルツ共鳴器（４）と混合領域（２）との間に燃料供給導管（５）およびまたはオイルノズルが設けられている請求項１記載のダンピング装置。
【請求項４】
燃料導管（５）がパイロットガスの供給のために設けられている請求項３記載のダンピング装置。
【請求項５】
ヘルムホルツ共鳴器（４）の閉じられた容積での周波数同調を可能ならしめるために、ヘルムホルツ共鳴器（４）が混合領域（２）に対して摺動可能に配置されている請求項１から４までのいずれか１項記載のダンピング装置。
【請求項６】
バーナをケーシング（７）が囲んでいる請求項１から５までのいずれか１項記載のダンピング装置。
【請求項７】
ヘルムホルツ共鳴器（４）がケーシング（７）の内部または外部に配置されている請求項６記載のダンピング装置。
【請求項８】
混合領域（２）がスワール発生器として形成されており、その内部で１軸線を中心として渦巻く燃料空気混合物が形成される請求項１から７までのいずれか１項記載のダンピング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気流と燃料流とが互いに混合されて燃料空気混合物を形成する混合領域（２）と、燃料空気混合物の流れ方向で混合領域（２）の後方に配置された燃焼器（１）とを備えていて、燃焼器内で燃料空気混合物が点火される形式の、内燃機関の運転のための、有利にはガスターボ装置団の駆動のためのバーナのために、音波の振動増幅を削減するためのダンピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば航空エンジン内で使用される、または火力発電所の運転のためのバーナ内で使用される、有利にはガスタービンプラントで使用される燃焼器内で燃料を燃焼させる際に、音波の形態で形成されるいわゆる燃焼器脈動が生じることは周知のことであり、かつ適当な構造的な手段によりこの脈動を所期のとおり抑制することが試みられている。例えば航空エンジンの後バーナ機構ではいわゆる後方掃気形有孔板が、仕切壁の冷却と不所望に発生した音波のダンピングとのために役立つ壁として使用されている。
【０００３】
この種の後方掃気形有孔板は、基本的にこの同じ課題、要するに燃焼器壁の冷却と燃焼器の内部に発生する音響振動の抑制とを満足せしめる対流式のガスタービン燃焼器でも使用される。有害物質排出の削減に関連する燃焼器の最適な設計においては、有害物質の少ない燃焼のためにすべての空気が必要とされるために、燃焼器自体はますます燃焼器内への冷却空気の供給なしで設計されるようになりつつある。しかし、この構成によれば反射する壁により音響のダンピングが極めてわずかとなり、その結果、この種の燃焼器にはしばしば付加的なダンピングエレメントが備えられる。
【０００４】
ダンピングエレメントは一般的にはいわゆるヘルムホルツ共鳴器の原理で作動する。ヘルムホルツ共鳴器は基本的に、ヘルムホルツ共鳴器を通過する所定周波数の機械的な波動もしくは音波が所期のとおりダンピングされるようにその共鳴のふるまいを調整することのできる容積エレメントである。
【０００５】
ヘルムホルツ共鳴器を使用して燃焼器内の音波を抑制する試みがすでに公知である。この場合、ヘルムホルツ共鳴器はいわゆる燃焼器ドーム内で本来のバーナと並んで配置されており、このことにより、一面においては音波の増幅を弱めることはできるが、しかしこの形式で音波の発生へのバーナの直接的な影響を完全に削減することは不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、一般的には、空気流と燃料流とが互いに混合されて燃料空気混合物を形成する混合領域と、燃料空気混合物の流れ方向で混合領域の後方に配置された燃焼器とを備えていて、燃焼器内で燃料空気混合物が点火される形式の、内燃機関の運転のための、有利にはガスターボ装置団の駆動のためのバーナのために、音波の振動増幅を削減するためのダンピング装置を改良して、バーナの内部にそれぞれ発生する音響振動をほぼ完全に抑制することができるようにすることにある。本発明によるダンピング装置はすでに存在する内燃機関での後からの組込みの可能性を提供し、かつそれぞれのバーナへの共鳴のふるまいの容易な同調性を可能にするべきものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば請求項１に記載したように、空気流と燃料流とが互いに混合されて燃料空気混合物を形成する混合領域と、燃料空気混合物の流れ方向で混合領域の後方に配置された燃焼器とを備えていて、燃焼器内で燃料空気混合物が点火される形式の、内燃機関の運転のための、有利にはガスターボ装置団の駆動のためのバーナのために、音波の振動増幅を削減するためのダンピング装置において、バーナ内に形成された音波がヘルムホルツ共鳴器内で抑制されてバーナ内へ逆反射されないようにこのヘルムホルツ共鳴器が直接的にバーナの混合領域に結合されていることにより解決される。
【０００８】
本発明の別の構成が他の請求項に記載されている。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の基本的なアイデアは、ホルムヘルツ共鳴器をバーナ自体内に直接的に組み込むことにあり、これにより、バーナの内部に発生する音波を、混合領域を介して直接的に燃焼器自体と結合されたヘルムホルツ共鳴器により完全にダンピングさせることができる。このようにすれば、バーナの内部に発生する音波はもはや反射しない。その理由はバーナ内に組み込まれたヘルムホルツ共鳴器容積にもとづき、音波をもはや反射させることのない適合した音響的な背壁をバーナが有するからである。この適合は以下にさらに詳しく説明するようにラムダ／４‐容積によっても得ることができる。
【００１０】
直接的にバーナ内に設けられたヘルムホルツ共鳴器によって所期のとおり音響帰還が回避され、これにより、例えば燃料空気混合物が点火される領域、しかもエネルギ変換のために極めて重要なこの領域内へ、発生した音波が不所望に音響帰還することが完全に回避される。まさにこの種の音響帰還が、対流式に形成された燃焼器機構では不所望な燃焼器脈動を生ぜしめる原因にほかならず、この脈動が燃焼効率全体の著しい悪化を招く。
【００１１】
ガスタービンプラントの点火のためには、内部で燃料空気混合物の点火が行われる燃焼器に直接的に接続された円錐形の混合領域を備えたバーナが設けられる。この種のバーナは例えばヨーロッパ特許第０３２１８０９号明細書に開示されており、かつガスタービンプラントの点火のために使用されて大きな成果を得ている。その場合、この文献は本発明の記載の欠くことのできない構成部分を形成している。有利には、ヘルムホルツ共鳴器の形状のダンピングエレメントが直接的に円錐形のバーナの尖端部に配置される。ヘルムホルツ共鳴器は片側で閉じられることができるか、または供給空気及びまたは燃料が通過できるように形成されることもできる。
【００１２】
すべてのバーナの音響的な振動のふるまいへの、バーナ機構内への付加的な燃料供給導管もしくは供給空気導管によってもたらされる可能な障害的な影響を考慮するために、この種の供給導管は有利にはヘルムホルツ共鳴器とバーナもしくは混合領域との間に配置される。
【００１３】
例えば特にバーナの始動状態のために設けられかつ一般的にパイロット導管として記載される燃料供給導管が、バーナとヘルムホルツ共鳴器との間に設けられる。ヘルムホルツ共鳴器と、バーナ自体の空気流もしくは燃料流内へのパイロットガス供給部との間が著しく近いことにより、ヘルムホルツ共鳴器のダンピングのふるまいが付加的なパイロットガス供給の成果へ直接的に作用する。
【００１４】
ヘルムホルツ共鳴器の共鳴のふるまいをバーナに個別的に同調させることができるように、ヘルムホルツ共鳴器はバーナに対して縦方向に摺動可能であることができる。このことは例えばバーナへの結合導管をテレスコープ状に形成することにより、または最も簡単にはねじ山により行われ、このことにより、ヘルムホルツ共鳴器とバーナ入口との間の間隔を個別的に変化させることが可能である。
【００１５】
適当形式でヘルムホルツ共鳴器自体はその容積を変化させる調整エレメントを備えることができ、これにより、同様にヘルムホルツ共鳴器の共鳴のふるまいが個別的に適合されることができる。
【００１６】
有利にはヘルムホルツ共鳴器はできるだけバーナの近くに、もしくはむしろバーナ自体内に設けられる。バーナの混合領域内での燃焼供給空気に関する流れの若干の悪化を回避するために、ヘルムホルツ共鳴器はバーナを囲むバーナフードの外部に設けられる。同様に、ヘルムホルツ共鳴器が燃焼空気供給流を損なうことなしにバーナケーシングの内部に組み込まれた構造で設けられるような措置がほどこされてもよい。
【００１７】
基本的には、バーナの内部の音響振動のダンピングのためのヘルムホルツ共鳴器の配置は、上述形式で形成された混合領域を備えた形式のバーナに制約されない。スワールを発生する中央体をバーナの内部に備えておらず本発明によるダンピングエレメントを備えた形式のバーナを装備することもできる。
【００１８】
これに関連して、課題にもとづきすでに上述したようにラムダ／４‐波動ダンパーを組み込むこともできる。その場合このダンパーは１次元的な定常波に合わせて構成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の普遍的な思想の制約なしに図面を参照して例示的に本発明を説明する。
【００２０】
図１は例えばヨーロッパ特許第０３２１８０９号明細書に詳細に示されているバーナの著しく簡略化した横断面を示す。
【００２１】
燃焼器１には円錐形に形成された混合領域２が直接的に続いている。その内部構造及び作用形式についてはここでは立ち入らず、それ以上の詳細については前述の印刷物を参照されたい。円錐形に形成された混合領域２の尖端部のところには供給導管３を介して直接的にヘルムホルツ共鳴器４が設けられており、このヘルムホルツ共鳴器は開かれた容積を介して混合領域２と燃焼器１とに結合されている。燃焼器１もしくは混合領域２の内部で発生した音波はバーナの共鳴のふるまいを適当に平衡せしめるヘルムホルツ共鳴器を介して所期のとおりダンピングされる。図１に示すバーナ形状では左から右へヘルムホルツ共鳴器４内へ進入する音波の反射はこのところで所期のとおりダンピングされ、再びバーナの内部へは逆反射されない。
【００２２】
図１の図示の例ではヘルムホルツ共鳴器４は互いに反対側に位置する２つの開口を備えており、その結果、このヘルムホルツ共鳴器は質量流れ例えば空気流または燃料流により貫流されることができる。
【００２３】
選択的にバーナは補助的にパイロットガス供給導管５を備えることができ、その場合、このパイロットガス供給導管は有利にはヘルムホルツ共鳴器４と混合領域２との間に配置される。
【００２４】
図１によるバーナ形状と相違して、図２に示されたバーナはＶ字形に形成された中央体６を有しており、この中央体は円錐形の混合領域２と同様に燃焼空気８と燃料との所期どおりの混合に役立つ。図２に示すバーナの場合でも、音波の所期のダンピングのために中央体６のすぐ手前に供給導管３を介してホルムヘルツ共鳴器４が設けられている。選択的に、この場合も補助的なパイロットガス供給導管５を設けることができる。
【００２５】
バーナに対するヘルムホルツ共鳴器４の共鳴のふるまいの平衡のために、図３による実施例では供給導管３の内部で混合領域２に対して相対的に縦方向に摺動可能な中空室共鳴器（ヘルムホルツ共鳴器）４が設けられている。この形式で、大きな付加的な費用なしに所期の共鳴平衡が実施される。互いに内外に滑動し合う２つの管により、もしくは最も簡単にはねじ山を介して実現されることのできる縦方向摺動性に対して付加的に、ヘルムホルツ共鳴器４は詳細には図示しない調整エレメントを有しており、この調整エレメントにより、ヘルムホルツ共鳴器４の共鳴器容積が変化させられる。
【００２６】
図１及び図２による上述の実施例ではすべてのバーナを囲むケーシングの内部にホルムヘルツ共鳴器４が配置されているのに対して、図３に示す実施例ではヘルムホルツ共鳴器４がケーシング７の外部に配置されている。ヘルムホルツ共鳴器４のこのようなケーシング外部の配置は、音響的なダンピングのふるまいが大体においてホルムヘルツ共鳴器４により規定されるにせよ、特にケーシング７の内部の混合領域２内の妨げのない燃焼空気供給流を得るのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】円錐形に形成された混合領域を備えたバーナとヘルムホルツ共鳴器との組合せを示す図である。
【図２】円錐形に形成された中央体を備えたバーナとヘルムホルツ共鳴器との組合せを示す図である。
【図３】バーナと、混合領域に対して縦方向摺動可能に配置されたヘルムホルツ共鳴器との組合せを示す図である。
【符号の説明】
１  燃焼器、  ２  円錐形に形成された混合領域、  ３  供給導管、  ４  ヘルムホルツ共鳴器、  ５  パイロット供給導管、  ６  二重円錐形に形成された中央体、  ７  バーナケーシング、  ８  燃焼空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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